Метод «проб и ошибок» и поисковая оптимизация: анализ, классификация, трактовка понятия «естественный отбор» Ч1

Институт проблем информатики РАН
Электронный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ» http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2003/104.pdf 1 2 2 9

Метод «проб и ошибок» и поисковая оптимизация: анализ, классификация, трактовка понятия «естественный отбор»
С.Н. Гринченко (sgrinchenko@ipiran.ru)

1. Введение. Постановка проблемы
В последние десятилетия в научной и научно-популярной литературе, да и в обыденном использовании, все чаще встречается словосочетание метод «проб и ошибок» (для краткости буду далее всюду, даже в цитатах, обозначать его МПиО . С.Г.). На первый взгляд его смысл и основная идея довольно очевидны: использование случайности при поиске некоего полезного результата. Среди многочисленных попыток реализации МПиО как при объяснении (фактически, моделировании) некоторых процессов в природе и обществе, так и при решении практических задач в технике, имеется ряд весьма успешных (правда, на фоне также достаточно представительного ряда неудачных). По-видимому, растущая тенденция его применения и объясняется преобладанием положительных оценок этого метода над отрицательными.
Это находит свое отражение в практически превалирующей в настоящее время не только среди биологов-эволюционистов, но и среди более широкого круга специалистов . философов, прикладных математиков и др. . и даже неспециалистов, точке зрения на эволюцию живой природы именно как на процесс «проб и ошибок». Под ним здесь подразумевают генетическую «изменчивость», приводящую через «наследственность» к «естественному отбору» = «выживанию наиболее приспособленных».
В наиболее яркой форме эту точку зрения выразил в своей монографии «Феномен науки. Кибернетический подход к эволюции» В.Ф.Турчин: «В процессе эволюции жизни, насколько нам известно, всегда происходило и происходит сейчас увеличение общей массы живого вещества и усложнение его организации. Усложняя организацию биологических образований, природа действует по методу проб и ошибок. Существующие образования воспроизводятся во многих экземплярах, которые, однако, не вполне тождественны оригиналу, а отличаются от него наличием небольших случайных вариаций. Эти экземпляры служат затем материалом для естественного отбора. Они могут выступать и как отдельные живые существа . тогда отбор приводит к закреплению полезных вариаций, и как элементы более сложного образования . тогда отбор направлен также и на структуру нового образования (например, при возникновении многоклеточных организмов). И в том и в другом случае отбор является результатом борьбы за существование, в которой более жизнеспособные образования вытесняют менее жизнеспособные. Этот механизм развития жизни, открытый Чарльзом Дарвином, можно назвать основным законом эволюции. В наши цели не входит обоснование или обсуждение этого закона с точки зрения тех законов природы, которые можно было бы провозгласить более фундаментальными. Будем принимать основной закон эволюции как нечто данное» ([1], стр. 21). Можно констатировать, что позиция ряда авторов, наиболее развернуто представленная В.Ф.Турчиным, состоит в том, что эволюция живой природы адекватно описывается именно в терминах МПиО.
Но действительно ли это так? Достаточен ли МПиО для воспроизведения хотя бы основных свойств биологической эволюции . притом, что необходимость его для этого очевидна? Не определяются ли существующие трудности в развитии ее теории (в частности, связанные с необходимостью отражения имеющихся фактов «направленности» и «канализируемости» эволюции) именно с ограниченностью привлекаемого для ее объяснения механизма МПиО как такового? Моя позиция при ответе на эти вопросы следующая: эволюция живой природы адекватно описывается в терминах другого (хотя и близкого к упомянутому) метода поисковой оптимизации, а именно предложенного Л.А.Растригиным (см., напр., [2-5]) метода «случайного поиска», точнее, его важнейшей разновидности . метода «адаптивного случайного поиска», еще точнее . иерархии алгоритмов «адаптивного случайного поиска», представляющей собой «каркас» модели системы Природы (см., напр., [6-10]). Метод же «проб и ошибок», с моей точки зрения, следует трактовать как слепой поиск . предельно упрощенный, даже вырожденный, вариант алгоритма из класса методов «случайного поиска» (кстати говоря, в основу последнего . при его создании . МПиО и был положен!). А собственно МПиО должен во всех случаях рассматриваться лишь как нулевое приближение к этим своим более сложным аналогам, также базирующимся на использовании случайности как на фундаментальном свойстве оптимизационных алгоритмов этого класса. Необходимость в подобном уточнении терминологии вполне назрела, что будет продемонстрировано ниже на конкретных примерах.
Таким образом, задача настоящей работы . подробный анализ существующей в настоящее время практики употребления в научной литературе понятия (и термина) МПиО, его сходств и различий по сравнению с перечисленными вариантами метода случайного поиска (включая и его предельно вырожденный вариант . слепой поиск). На базе данного анализа будет сформирована объединенная классификация всех перечисленных методов оптимизации, и выработаны проекты таких определений всех этих методов, которые позволили бы избежать в будущем множества недоразумений при их применении на практике. В заключение будут кратко рассмотрены примеры использования как конкретного МПиО, так и методов поисковой оптимизации в целом для интерпретации таких центральных понятий ряда теорий биологической эволюции, как «изменчивость» и «естественный отбор», а также их взаимосвязи в контексте более общих модельных представлениях об эволюционных процессах.
2. Метод "проб и ошибок" (МПиО)
. англ. [.trial-and-error.], русск. сленг: «метод тыка», вариант: «метод научного тыка» . с моей точки зрения может быть определен, как «абсолютно случайный» перебор некоторых «пробных» действий, с проверкой эффективности каждого и выработкой соответствующей реакции («удача» либо «ошибка»).
2.1. Об оценках МПиО
Л.А.Растригин так характеризовал его в ряде своих работ: метод «проб и ошибок» . метод, в котором решение ищется случайно, и при удаче принимается, а при неудаче отвергается с тем, чтобы вновь обратиться к случайности как источнику потенциально неограниченных возможностей. И далее: МПиО «строго говоря, нельзя назвать даже методом, так как трудно определить, в чем же, собственно, он состоит. В действительности его правильней было бы назвать методом случайных проб и исправления ошибок. этот метод опирается на два существенных предположения: нероковой характер ошибок (последствия неудачных результатов легко устранимы, стоимость исправления допущенной ошибки не велика) и отсутствие априорных (предварительных) соображений о том, как и в каком направлении делать пробы. Эти соображения почти неизбежно приводят к случаю. Действительно, случайность в такой ситуации является единственно разумной мерой: случайность почти ничего не стоит и всегда содержит в себе искомое решение. Это значит, что достаточно длительный поиск всегда приведет к решению задачи» (см. [5], стр. 6).
Очень многими принято считать МПиО чуть ли не эталоном неэффективного процесса оптимизации, к которому поэтому можно относиться с иронией. Но это с одной стороны. С другой же стороны, оказывается, что существенная часть касающихся его публикаций содержит весьма положительные оценки его эффективности при решении самых различных задач.
Как же это может иметь место одновременно? Какие его свойства определяют столь противоположные оценки, как теоретиков, так и практиков? Всегда ли имеется в виду одно и то же содержание метода? Прежде, чем отвечать на эти вопросы, приведу в подтверждение разноречивости оценок эффективности МПиО несколько цитат, содержащих такие (иногда эмоциональные) оценки. Большинство источников указанных цитат найдены в Интернете с помощью поисковых машин Google (www.google.com.ru), Яндекс (www.ya.ru), Рамблер (www.rambler.ru) и Апорт (www.aport.ru).
2.1.1. МПиО: оценки негативного характера
Для иллюстрации отрицательного отношения к МПиО приведу несколько цитат различных авторов.
Из области теории изобретательского творчества: «Главный недостаток МПиО - это, во-первых, медленное генерирование новых идей, а во-вторых, отсутствие защиты от психологической инерции (т.е. выдвижение идей тривиальных, обыденных, неоригинальных)... Причина неэффективности подобных методов в том, что они не меняют сути старой технологии перебора вариантов, сам этот перебор. Нужен принципиально новый инструмент творчества, а не "косметический" ремонт старого» [11].
Из той же области: «Стандартный метод решения изобретательских задач - это МПиО. Конечно, изобретатель не перебирает подряд все бесчисленное множество возможных вариантов. Нет, сначала идут пробы привычные, логичные, оправданные. Но когда они не срабатывают, когда труд ушедших месяцев, лет оказывается безрезультатным, в ход идет перебор любых, ненормальных, "диких", случайных проб. И вот тогда "однажды"... МПиО парадоксально неэффективен. Он - главный виновник задержки изобретений. Самый страшный враг человечества . это тот нерациональный метод мышления, который именуется "героикой творческого труда", которому поют дифирамбы и который считается столь же неотъемлемым свойством изобретателя, как борода у попа, как облака на небе, как звезды в космосе, как пятна на солнце, как вода в океане и как еще сто тысяч таких же незыблемых и привычных "как". МПиО считается нормой! Это порочный взгляд, потому что он предписывает обязательным применение порочного метода. Из-за самого существования которого человечество тысячелетиями систематически недосчитывается миллионов жизней. МПиО . своеобразный идол творческого труда... Я не очень-то разбираюсь в вероисповеданиях и не знаю, бывают ли идолы добрыми. Одно я знаю совершенно точно: изо всех самых злых идолов, когда-либо придуманных людьми, МПиО самый кровожадный. Мы привыкли приносить жертвы на алтарь нашей веры. Но ни одному божеству за все долгие тысячелетия преданности люди не платили такой дани, которую ежечасно вручают идолу творчества. МПиО . злейший и ужаснейший враг человечества. И вместе с тем, этот метод загадочен, таинствен и завораживающе привлекателен, как в те далекие времена, когда слова "интуиция" и "озарение" не писались и даже не произносились из-за отсутствия языка и письменности... МПиО романтичен для поэтов. Для изобретателей-практиков он . тяжелейшая драма, обесценивающая годы неудачных поисков» [12].
Обсуждая процесс поиска новых форм организации и управления в СССР в конце 80-х гг. ХХ века, С.П.Никаноров писал: «В настоящее время идут два параллельных, влияющих друг на друга, но не связанных функционально процессов. Первый представляет собой процесс ликвидации не оправдавших себя организационных форм, второй - тщательный поиск и освоение новых. Общая тенденция при этом состоит в том, чтобы усилить самостоятельность низовых звеньев народного хозяйства, что, как предполагается, будет стимулировать процессы их рациональной самоорганизации и приведет к образованию новых, эффективных организационно-экономических форм. Нельзя не видеть, что способ проб и ошибок прямо противоположен другому, который основан на расчете или, шире, - проектировании необходимых форм. МПиО чрезвычайно расточителен, он является медленно, негарантированно и неконтролируемо действующим, допускающим лишь в небольшой степени свое совершенствование. И, что, возможно, хуже всего, он ведет к деинтеллектуализации специалистов и руководителей. Специалисты, указывающие на якобы существующее преимущество рыночных систем во многих странах как на воплощение самоорганизации, упускают из виду не только мощное регулирующее влияние государства, в частности, использование системы типа PPBS, PATTERN и др., но и не придают значения вековому становлению рыночных отношений как конкретно-исторической форме, охватывающей все стороны общества» [13].
Из области банковской деятельности: «Используя печально известный МПиО, банки бредут тернистым путем комплексной или не очень комплексной автоматизации, теряя по дороге людей, деньги, время» [14]. И т.д.
Таким образом, во всех перечисленных цитатах их авторы, не анализируя ни внутреннюю структуру, ни параметры МПиО, прямо или косвенно дают этому методу отрицательную оценку как таковому.
2.1.2. МПиО: оценки нейтрально-критического и нейтрального характера
Часто авторы характеризуют МПиО достаточно нейтрально или неоднозначно, но отмечают при этом его недостаточность при конкретных применениях и необходимость дальнейшего развития. Это демонстрируют следующие цитаты.
Из области педагогики: «Иллюзия же успешности педагогической науки и практики зиждется на неспособности большинства ученых видеть глубинные, сущностные пласты педагогического предмета. Дело в том, что в педагогике, в самой практике в начальных и широких границах можно обходиться так называемым "здравым смыслом", "жизненным опытом", "методом проб и ошибок" без помощи науки в собственном смысле слова. И представители педагогической науки довольствуются данным поверхностным описанием педагогических явлений» [15].
Из области исследования социального поведения: «Весьма важно уяснить социально-правовые аспекты проблемы терроризма, без чего противодействие этому явлению приобретает неакцентированный характер поиска решения по принципу проб и ошибок» [16].
Из области теории компьютерного программирования: «В мире, где строительство и разрушение бесплатны, выбирается метод проб и ошибок, а фундаментальные исследования остаются для простаков. Программное обеспечение разрабатывается именно в таком мире. Программист создает чертеж в виде программы на языке высокого уровня. Затем он позволяет компилятору и компоновщику в мгновение ока и почти без затрат построить программный продукт. Создание чертежа требует значительных усилий, но строительство с помощью компилятора и компоновщика практически бесплатно. Программисту вообще не надо беспокоиться о сносе и уборке обломков . по крайней мере, до тех пор, пока ему достаточно дискового пространства. Неудивительно, что идеология проб и ошибок так глубоко укоренилась в процессе разработки программного обеспечения, а сообщество программистов не удосужилось исследовать основные принципы разработки программного обеспечения. МПиО завел нас достаточно далеко. Но рост сложности современных программных систем подводит нас к жесткому пределу. За пределами определенного уровня сложности создание качественных архитектур методом проб и ошибок становится невозможным» [17].
Из области синергетики, о проблеме коэволюции: «Движение от одного состояния к другому должно происходить по определенной траектории . это задача оптимизации. Однако, это движение (развитие) всегда целенаправленно. Так вот, модели призваны заменить технологии проб и ошибок (что иногда длится недопустимо долго) . технологиями научно обоснованными, и это наиважнейшая задача научной интеллигенции в XXI веке» [18].
Из области методологии науки: «Большинство людей убеждено в существовании "научного метода". В то же время многие считают, что "научный метод" - это миф. Одна из причин такого мнения . понимание метода как совокупности правил, которые гарантированно, или без ошибок, должны давать результаты. Но метод, вообще говоря, - это только метод попыток или проб, или "проб и ошибок". Требование безошибочности часто заменяется требованием, чтобы ошибок было мало или чтобы вероятность ошибки была мала» [19]. И т.д.
Таким образом, перечисленные цитаты демонстрируют, что их авторы, опять-таки не анализируя МПиО и не формулируя для него каких-либо определений, дают этому методу неоднозначную либо нейтрально-критическую, а иногда и просто нейтральную оценку.
2.1.3. МПиО: оценки позитивного характера
Для иллюстрации положительного отношения к МПиО также приведу несколько цитат ряда авторов из самых различных областей деятельности.
Из области исследования социального поведения: «Неплохим примером того, как человек именно методом проб и ошибок добирается до своего истинного призвания, может послужить Жан Жак Руссо» [20].
Из области педагогики: «Трактуя учение как субъектную деятельность ученика, Н.А.Менчинская отстаивала необходимость .проб и ошибок. при усвоении знаний. Ученик
(конечно, под руководством взрослого) сам должен .строить. понятие (знание); отчленять признаки существенные от несущественных (а не получать их в готовом виде), опираться на свой личный опыт познания, соотносить его с тем, что предлагает взрослый, т.е. осуществлять развернутую поисковую деятельность, а не пользоваться готовыми .ориентирами.. Настоящая поисковая деятельность без проб и ошибок невозможна» [21].
Из областей педагогики и программирования: «Итак, каков же наиболее эффективный метод изучения программного обеспечения? Экспериментирование. Да, простой МПиО получил самую высокую оценку среди 30 способов обучения (см. таблицу с оценками)» [22].
Из области программирования: «Использовать картинки в форматах GIF и JPEG нужно с умом. Попробуйте создавать файлы GIF с меньшим числом битов на элемент изображения (пиксель). Например, зачем сохранять изображение с одним байтом данных на каждый пиксель, если можно ограничиться всего одним битом (при условии, что в изображении не использованы 256 цветов). Такая сокращенная версия файла будет в 8 раз меньше, а передаваться в 8 раз быстрее. Методом проб и ошибок можно уточнить, сколько именно бит данных достаточно для получения удовлетворительного качества изображения» [23]; а также: «Эволюция Windows . МПиО, который должен привести, наконец-то, к чему-то стоящему, стабильному, устойчивому» [24] и «Разработка по методу Linux . это МПиО, построенный на интенсивном тестировании» [25].
Из области компьютерного синтеза музыки: «Преимущества пошаговой записи, благодаря которым множество электронщиков использует ее, заключаются не только в возможности записи сложнейших тем, коррекции в них ошибок и добавлении требуемых нюансов. Созданные таким образом фрагменты можно потом с легкостью реаранжировать, пустить наоборот, а также полностью изменить с помощью проб и ошибок» [26].
Из области медицины и фармакологии: «Специалисты знают, что люди по-разному реагируют на гипотензивные препараты. Если лекарство позволяет нормализовать давление одного пациента, это не означает, что оно поможет и другому. Поэтому оптимальный метод поиска лекарства для гипертоника . это МПиО» [27]; «Методом проб и ошибок в той или иной степени пользовались и продолжают пользоваться все естественные науки, однако для таких наук о биологически активных соединениях, как фармакология или токсикология, этот метод является прямо-таки доминирующим» [28].
Из области сравнительного исследования биологической и технической эволюции: «Весь ход технического и научного прогресса, а также изучение природы живых существ и законов их эволюции показывает, что пути развития природы и техники различны. Для своего развития природа использует МПиО путем случайного перебора вариантов и закрепления удачных вариантов в генетическом коде, передаваемом последовательно по наследству. Человек использует МПиО путем целенаправленного (?! . С.Г.) перебора вариантов в информационной среде, способствующей накоплению и быстрому распространению этой информации в обществе. Это позволяет человеку в миллионы раз сократить время и затраты на поиск оптимального варианта, что обеспечивает колоссальный прогресс науки и техники даже в пределах жизни одного поколения» [29]. И т.д.
Таким образом, во всех перечисленных цитатах (кроме последней) их авторы, не анализируя ни внутреннюю структуру, ни параметры МПиО, дают этому методу положительную оценку как таковому.
•••••
Цитирование можно было бы продолжить, но и уже представленных в подразделе 2.1 материалов достаточно для того, чтобы сделать некоторые предварительные выводы.
Первое, что бросается в глаза: большинство как негативных, так и позитивных оценок МПиО используют этот термин как данность и не содержат попыток уточнения его смысла. Но иногда в литературе встречаются высказывания, подобные приведенному в последней цитате из статьи И.А.Азарьева (относительно того, что МПиО «используется путем целенаправленного перебора вариантов»), которые явно расширяют диапазон его свойств, интуитивно предполагаемых большинством авторов и читателей.
Действительно, что подразумевать под «целенаправленным перебором вариантов»? Имеется ли в виду, что такие варианты неравноправны с позиций некоторого целевого алгоритма, и, соответственно, могут выбираться не «абсолютно» случайно, а на основе некоторого имеющегося опыта о ходе предыдущей реализации данного поискового процесса? Похоже на то, что цитированный автор имел в виду именно это. Остается вопрос: может ли подобный гипотетический . модифицированный! . метод продолжать называться методом «проб и ошибок»? И не лучше ли присвоить такому методу собственное оригинальное наименование, более точно отражающее подобное расширение его свойств по отношению к МПиО?
Существование этой и подобных ей расширительных интерпретаций МПиО заставляют более подробно рассмотреть определения этого термина, даваемые ему различными авторами.
2.2. МПиО: вербальные определения в изданиях энциклопедического характера
2.2.1. Определения МПиО, явно характеризующие поиск как «слепой»

Как ни удивительно, но, несмотря на чрезвычайно частое употребление в самых различных областях науки и практики (а зачастую . и в обыденной жизни) термина «метод / принцип / алгоритм / способ "проб и ошибок"», в большинстве ведущих энциклопедий (в частности, БСЭ, Encyclopedia Britannica, Брокгауз и Эфрон, ММЭ и др. . за несколькими исключениями, о которых будет упомянуто ниже) нет специальных статей, посвященных его определению и трактовке. Так, БСЭ дает ему определение в статье «Бихевиоризм»: «Для объяснения того, каким образом выбирается данная реакция (человека . С.Г.) в ответ на данное воздействие, Торндайк выдвинул принцип .проб и ошибок., согласно которому выработка всякой новой реакции начинается со слепых проб, продолжающихся до тех пор, пока одна из них не приведет к положительному эффекту» [30]. То есть в данном крайне лаконичном описании метода все же делается акцент на тот факт, что пробы являются «слепыми», или, в эквивалентной трактовке, «равновероятно» случайными.
Словарь «Психология» также утверждает: «Главным течением американской психологии становится бихевиоризм, согласно которому психология не должна выходить за пределы внешне наблюдаемых телесных реакций на внешние стимулы. Динамика этих реакций мыслилась как слепой поиск, случайно ведущий к успешному действию, закрепляемому повторением {метод проб и ошибок}. Программные установки этого направления выразил Дж.Б.Уотсон (1913)» [31].
Encyclopedia Britannica упоминает об алгоритме "проб и ошибок" (.trial and error.) в статье «Кибернетические системы. Самообучающиеся механизмы» при описании процесса движения мыши в лабиринте: «Вначале мышь использует простой (simple) алгоритм "проб и ошибок", наталкиваясь на стенки до тех пор, пока не найдет выхода. В течение процесса этого типа поиска, она "учится" и запоминает план лабиринта. После однажды достигнутой (случайно) цели, мышь будет использовать полностью отличный, намного больше экономичный и, по-видимому, "интеллектуальный" алгоритм для достижения цели в последующем эксперименте, основанный на "знании" расположения лабиринта» [32]. То есть «первичный» алгоритм, или собственно МПиО, рассматривается как «простой» (надо полагать, что в данном контексте определение «простой» использовано как синоним определения «слепой» . blind). Но здесь автора энциклопедической статьи явно больше интересует механизм самообучения . совсем другой, "интеллектуальный" поисковый алгоритм, который в ходе повторов пробега мыши по лабиринту приходит на смену "простому". Можно ли будет этот последний алгоритм рассматривать как эволюционное развитие первого, из цитируемого текста неясно.
В другой статье «Поведение животных. Пробы и ошибки» (которую можно рассматривать как специальную, т.е. непосредственно определяющую термин, несмотря на то, что в ней речь идет скорее об обучении животного по МПиО, а не о самом методе) Encyclopedia Britannica формулирует: «В обучении по МПиО животное учится, чтобы вести себя специфическим способом путем ассоциирования (associating) всего, что ведет к желаемому эффекту. Если нога собаки поднята экспериментатором и затем дана пища, в дальнейшем собака, после нескольких таких проб, будет спонтанно поднимать свою ногу в предвкушении пищи. Как классическое психологическое кондиционирование (conditioning), так и обучение по МПиО называют ассоциативным обучением, потому что в обоих случаях необусловленный ответ ассоциирован с обусловленным стимулом. В природных ситуациях животное, вероятно, обучается ассоциировать некоторую свою спонтанную деятельность с некоторыми желательными результатами, фиксируя, таким образом, обусловленные стимулы и отклик. Обучение этого типа часто происходит в тех случаях, когда животные модифицируют свое поведение в течение возбуждающих желание последовательностей типа питания и спаривания» [33]. То есть в данном определении вообще отсутствуют какие-либо указания на свойства МПиО как такового, он только именуется . в контексте описания обучения животного . без раскрытия деталей его поведения.
В статье «Мышление. Пробы и ошибки» (которую также будем рассматривать как специальную, хотя и она посвящена обсуждению подходов к «решению проблем», а не анализу МПиО как такового) Encyclopedia Britannica предлагает более обобщенную трактовку данного метода: «Деятельность в области решения проблем (problem-solving) распадается на две категории: первая подчеркивает простые (simple) пробы и ошибки; вторая требует некоторой степени понимания. Путем проб и ошибок индивидуум действует главным образом с помощью исследования и управления элементами проблемной ситуации в усилиях разобраться в своих возможностях и нащупать шаги, которые могли бы привести его ближе к цели. Это поведение наиболее подходит в случае, когда «решатель проблем» испытывает недостаток предварительного знания относительно характера решения, или когда нет единственного правила, лежащего в основе решения. Деятельность путем проб и ошибок не обязательно очевидна (как при попытке приспособить вместе части механической головоломки); она может быть неявной или опосредованной так же, как индивидуальное отражение задачи и символическое тестирование возможностей при их обдумывании» [34]. То есть в данном определении подчеркивается тот факт, что МПиО следует использовать именно при недостатке априорной информации о решаемой с его помощью проблеме, а его собственные свойства опять-таки не рассматриваются.
В свою очередь, база знаний de facto констатирует: «МПиО . способ выработки новых форм поведения в проблемных ситуациях. МПиО, широко используемый бихевиоризмом для объяснения научения как вероятностного процесса, получил распространение в психологии после работ Э.Л.Торндайка, согласно которым слепые пробы, ошибки и случайный успех, закрепляющий удачные пробы, определяют путь приобретения индивидуального опыта у животных и человека. Тем самым была выделена согласованность поведения со средой на вероятностной основе, что позволило при интерпретации категории действия выйти за пределы жесткой альтернативы: либо механистической, либо телеологической его трактовки. Последующая разработка проблемы научения обнаружила слабость и ограниченность объяснительных возможностей МПиО, поскольку он не учитывает характерную для поведения направленность каждой пробы (! . С.Г.), ее включенность в определенную психическую структуру. Гештальтпсихология подвергла МПиО критике, противопоставив ему решение проблемы путем инсайта. Непродуктивность и теоретическая слабость такого противопоставления была показана И.П.Павловым. Свое значение МПиО сохранил лишь в узкой сфере искусственно создаваемых ситуаций; в частности, он вошел в состав конструктивных принципов кибернетических устройств» [35]. То есть, акцентируется внимание на несоответствии «слепого» МПиО современному пониманию поведения как направленного. И т.д.
•••••
Обобщая точки зрения, представленные выше в пункте 2.2.1, можно констатировать, что все они:
а) достаточно близки,
б) рассматривают МПиО как «слепой» / «простой» алгоритм, который настолько элементарен, что не нуждается в пояснениях его структуры и параметров,
в) обычно рекомендуют использовать МПиО при недостатке или полном отсутствии априорной информации об объекте его приложения.
2.2.2. Определения МПиО, не разделяющие понятия «слепого» и «направленного» поиска
В отличие от изложенной позиции, психологический словарь (также в специальной статье) дает определение, что «МПиО . форма научения, описанная Э.Торндайком в 1898 г., основанная на закреплении случайно совершенных двигательных и мыслительных актов, за счет которых была решена значимая для животного задача. В следующих пробах время, которое затрачивается животным на решение аналогичных задач в аналогичных условиях, постепенно, хотя и не линейно, уменьшается, до тех пор, пока не приобретает форму мгновенного решения. В дальнейшем более точный анализ поведения методом проб и ошибок показал, что оно не является полностью хаотическим и нецелесообразным, как считал Торндайк, но интегрирует в себе прошлый опыт (курсив мой . С.Г.) и новые условия для решения задачи» [36]. То есть в данном случае автор статьи делает акцент, во-первых, на изменении вероятностных свойств метода в процессе его функционирования, и, во-вторых, на определенную целесообразность такого изменения. Практически это последнее определение кардинально отличается от вышеприведенной трактовки БСЭ и Encyclopedia Britannica. Недостатком данного определения является его неоднозначность: не вполне понятно, с какого момента времени указанная форма научения не должна больше рассматриваться как полностью хаотическая и нецелесообразная, и, главное, все ли специалисты, использующие данный термин в той или иной конкретной ситуации, согласны с тем, что он интегрирует в себе прошлый опыт?
Известный энциклопедический Интернет-сайт www.dictionary.com (со ссылкой на The American Heritage® Dictionary of the English Language, Fourth Edition) дает МПиО следующее определение: «Метод достижения корректного решения или удовлетворительного результата с помощью попыток использования различных средств или теорий до тех пор, пока ошибка уменьшится в достаточной степени или будет ликвидирована» [37]. Как видим, здесь алгоритм генерации «попыток» вообще не рассматривается.
Иногда в качестве синонима МПиО используют термин «эвристический метод». Так, в Толковом словаре английского языка Random House «под эвристикой понимается метод дискуссии, а также изучение эвристической процедуры (методики). Термин "эвристический" (heuristically) толкуется там же более вариативно: 1. Служащий для того, чтобы указывать; стимулирующий интерес как средство дальнейшего исследования. 2. Вдохновляющий человека, чтобы изучать, обнаруживать, понимать, или решать проблемы по-своему, как экспериментируя, оценивая возможные ответы или решения, так и методом проб и ошибок: эвристический обучающий метод. 3. Имеющий отношение, или основанный на экспериментировании, оценке, или методах проб и ошибок. 4. Компьютеры, Математика. Имеющий отношение к решению проблемы методом проб и ошибок в том случае, когда алгоритмический подход непрактичен» [38]. И здесь алгоритм генерации «проб» не рассматривается.
Большое внимание данному вопросу уделяется на энциклопедическом Интернет-сайте, представляющем проект Principia Cybernetica. В специальной статье The trial-and-error method Ф.Хейлиген и В.Ф.Турчин вначале определяют его как метод, в котором «генерируются различные возможные конфигурации, после испытания их "приспособленности" хорошие сохраняются, а плохие или "ошибки" устраняются (элиминируются)» [39]. Таким образом, в данном определении авторы вообще не упоминают о способе генерации новых конфигураций и тем более о центральной проблеме . используется ли при этом прошлый опыт или нет?
Но далее в этой же статье они разъясняют это довольно общее определение следующим образом: «Согласно неодарвинистской точке зрения, эволюция происходит путем создания случайных комбинаций (живой) материи, с последующей борьбой за существование, в результате которой некоторые комбинации выживают и размножаются, в то время как другие погибают. Поппер (Popper) описывает это как работу общего метода проб и устранения ошибок. Кэмпбелл (Campbell) использует термин .слепое изменение и выборочное сохранение. (blind variation and selective retention) [40]. Ньюэлл (Newell) и Саймон (Simon) в их теории .решения проблем. (problem solving) назвали этот механизм "генерируй и тестируй" ("generate and test"). Здесь мы будем говорить просто о методе .проб и ошибок.. Мы не должны использовать термин "слепой", потому что в культурной эволюции или при .решении проблем. мы часто имеем дело с осознанным и направленным выбором (курсив мой . С.Г.). Но даже по отношению к биологической эволюции мы не можем увериться, а тем более подтвердить фактами, что вариации слепы. Верно, что мы создаем нашу теорию и проверяем ее фактами в предположении, что вариации слепы. Но реально мы не используем факт, что вариация, в действительности, слепа или случайна («случайна» и «слепа» используются как синонимы! . С.Г.), то есть все физически и логически возможные выборы равновероятны. Успех теории (? . если имеется в виду успех теории биоэволюции, то это слишком сильное и, как минимум, спорное утверждение: подробности см. ниже . С.Г.) доказывает, что слепота, в нынешнем состоянии теории, является достаточной, но не доказывает, что она необходима. Основное требование . то, что большое количество возможных состояний или решений исследуется через процесс вариации. Принцип настолько мощен, что любой тип вариации или пробы, управляемый предвидением или нет (курсив мой . С.Г.), сопровождаемый устранением "плохих" или "непригодных" проб, и сохранением или размножением "пригодных" проб, приведет к эволюции. Факт, что успешные шаги сохранены, ведет к необратимому накоплению, "эффекту храповика", который и позволяет движение только в специфическом общем направлении, без движения назад (см. принцип асимметричных переходов)» [там же].
Этот комментарий весьма разноречив. С одной стороны, Ф.Хейлиген и В.Ф.Турчин ссылаются . как на одно из сходных понятий . на введенный Кэмпбеллом термин «слепое изменение и выборочное сохранение» (причем в статье Ф.Хейлигена с этим названием, помещенной на том же сайте, «слепота изменений» не подвергается сомнению [41]). С другой стороны, упоминание Ф.Хейлигена и В.Ф.Турчина, что «реально мы не используем факт, что вариация, в действительности, слепа или случайна», и прямое формулирование того, что «основное требование - то, что большое количество возможных состояний или решений исследуется через процесс вариации», указывают на то, что авторы вообще не различают в МПиО «тип вариации или пробы: управляемый предвидением или нет».
С этой позицией можно было бы согласиться, если бы не одно «но»: она не вполне согласуется с исторически сложившейся традицией употребления термина МПиО преимущественно в смысле использования именно слепых вариаций . хотя, как было показано выше, имеют место и отдельные трактовки их как направленных (целенаправленных). В любом случае практика одновременного использования двух достаточно противоречивых определений одного и того же термина не может быть признана вполне приемлемой.
•••••
Обобщая точки зрения, представленные выше в данном пункте 2.2.2, можно констатировать, что все они:
а) неоднозначны,
б) в части из них МПиО рассматривается как достаточно сложный алгоритм, который обладает возможностью варьировать размер своей памяти от нуля до некоторой заметной величины, что обеспечивает «направленность» поиска, и
в) опять-таки рекомендуют использовать МПиО при недостатке или полном отсутствии априорной информации об объекте его приложения.
Подытоживая же данные, приведенные в подразделе 2.2 в целом, приходится признать, что информационный поиск в изданиях энциклопедического характера не дал результата . однозначного определения сущности МПиО. Следовательно, с этой целью следует обратиться к научным публикациям, в которых он используется.

Продолжение

Комментарии

метод «проб и ошибок» при написании статьи

Re: метод «проб и ошибок» при написании статьи

Александр Николаевич, у меня в плане размещения материалов эта работа стоит потому. что мне показалось важным обратить внимание на феномен, с которым активно боролся, но не изучал Г.С.Альтшуллер.
Под термин МПиО фактически попало любое не формализованное мышление. Сейчас это уже забылось, но был период, когда почти любую работу в ТРИЗ начинали с уподобления этого таинственного МПиО ураганам, наводнениям и прочим язвам Господним. Но при этом изучения явления не велось. Случайность проб возводилась в абсолют, невзирая на то, что обыденной опыт тут же опровергал эту мысль. Но она была яркая, лозунговая и и в некритически настоенной аудитории частенько работала. То есть борьба шла с неведомым врагом, скрытым под некоей расплывчатой личиной. Как я понимаю, изучение МПиО было неактуально, поскольку все равно был План. Хорошо, что сейчас все это в прошлом. Но плохо то, что опять таки не рассматривается тот пласт, на котором строится мыслительная работа при создании и отборе вариантов в условиях неопределенности.
Мне представляется, что работа хороша хотя бы тем, что в ней собрано некоторое количество ссылок на источники.
Попытка провести некую линию, привязать к любезной автору гипотезе оптимизации, несомненно видна читателю. Как всегда, это можно считать "бесплатным" приложением к первой, информационной части.

Re: метод «проб и ошибок» при написании статьи

Александр Владимирович, для цели показать многообразность темы МПиО данная работа, вероятно, хороша. Но в плане содержательности этих ссылок уже больше вопросов. Во-первых, большая часть ссылок на очень вторичные работы, во-вторых, какая либо историческая или логическая логика мне оказалась недоступной (кроме попытки как то вытащить из шляпы уши "памяти"). Я как раз попытался намекнуть на такую логику лишь в одной из затронутых областей - и как раз только намекнуть. В науковедении (откуда "звучал" Поппер) эта тема открывается не менее ярко и неожиданно, но опять же...
С другой стороны, мне сходу не вспоминается более серьезная работа, объемно анализирующая МПиО (кроме Зельца и Дункера, конечно :) ). В таком случае и такие работы, наверное, осмысленны
С уважением, Александр

Re: метод «проб и ошибок» при написании статьи

Если видите или найдете более осмысленные работы на близкие темы, размещу с удовольствием.

Re: метод «проб и ошибок» при написании статьи

Хорошо, Александр Владимирович, попробую найти такой материал
Кстати говоря, далеко не только Генрих Саулович третировали мертвого МПиО. В частности примерно в таком же стиле его "разбивал" П.Я.Гальперин в так называемом первом типе обучения ("традиционном"). Видимо это в целом удобная мишень для информационно-алгоритмических подходов к творческому мышлению (обучению его средств). Правда, Гальперин подчеркнул и полезное свойство "самостоятельности", которое постарался перенести на 3-й тип обучения.
В целом близкое отношение к МПиО занимали и зарубежные информационные модели (начиная с классики Саймона, Ньюэлла, Шоу). И не случайно тематика гештальтпсихологии мышления для всех них осталась несколько закрытой. Но это большая тема
С уважением, Александр

Изображение пользователя Ирина.

Re: Метод «проб и ошибок» и поисковая оптимизация: анализ, ...

Александр Николаевич, масштаб Вашей эрудиции меня впечатляет и даже можно сказать поражает.
Хорошая статья, жалко только, что то тут вполне здравую мысль "разбодяжили" чрезмерным количеством цитат, и закончили в лучших страдициях "тысяча и одной ночи". Но всё равно - кто-то должен был реабилитировать таинственный сундук с табличкой "МПиО", в котором лежит целый ворох стратегий.
Кстати, я, похоже, не могу себе представить пример по-настоящему слепого тыка. Даже в игре "морской бой" есть стратегия.

Re: Метод «проб и ошибок» и поисковая оптимизация: анализ, ...

Ирина пишет:

Кстати, я, похоже, не могу себе представить пример по-настоящему слепого тыка. Даже в игре "морской бой" есть стратегия.

А "тык" по определению не может быть абсолютно "слепым": ведь для того, чтобы "ткнуть", нужно иметь хотя бы какую-то модель, указывающую, что сюда в принципе можно "ткнуть" (например: "ткнуть надо вниз - вверху воздух, туда тыкать бесполезно"). Но ведь это уже не совсем "слепой" тык, не правда ли?

RSS-материал